信息化时代背景下建筑材料的技术创新

石媛

摘 要：伴随着科学技术的发展，人类进入了利用科学技术促进产业变革的时代。科学技术作为推动产业变革的原动力也不断推动着当代建筑材料的变革。陶瓷材料作为建筑和装饰材料在建筑设计中的应用历史悠久。3D打印技术作为这个时代技术创新的代表，依靠其技术的独特性和可操作性实现了建筑材料模块化设计的预制生产，达到材料质量、生产周期以及本身所具有的工艺美感之间的平衡，为陶瓷材料在建筑设计中的应用带来新的发展契机。

关键词：信息化时代;陶瓷材料;3D打印;建筑设计

信息化时代背景下的计算机辅助技术、人工智能、VR等越来越多的新技术广泛地运用到当代设计学中，带动了整个设计行业发生了根本变化，传统建筑材料依靠手工的表达形式越来越多地被科学技术手段取代。3D打印技术因其操作的便捷性、适用范围的广泛性，被设计师自觉地应用到建筑设计中来，在建筑设计材料技术创新方面的影响越来越大。

一、3D打印技术

（一）3D打印技术概述

3D打印技术最早由美国科学家Charles Hull于1983年发明，是伴随着计算机技术与网络技术的飞速发展与成熟而发展起来的新技术。3D打印理念起源于19世纪末美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，但是直到20世纪80年代3D打印技术才得以从理论成为现实。3D打印技术实质上是一种快速成型的技术，使用的材料一般为粉末、液体或丝状、粒状等固体材料，连接成型设备以黏结、挤压、叠加、固化等方式制成实物模型，所以也被称为增材制造技术。传统的立体成型技术依靠模型制作，而3D打印技术则是通过计算机建立模型，从虚拟模型直接到实体模型。对比传统成型技术，3D打印技术的优点在于操作简单，生产制造快速，在信息化时代已经广泛在国防科技、医学、工业制造、电子行业等领域使用。

（二）陶瓷3D打印技术创新

《技术发展简史》中乔治·巴萨拉指出：“新事物的出现都是以现有事物为基础。”陶瓷3D打印技术也不例外，其制作工艺还是基于传统的拉坯工艺和泥条盘叠的方法，这也是陶瓷3D打印成型技术的起源。陶瓷材料精美，应用面积广泛，3D打印技术操作简单、速度快、精度高，二者的结合为陶瓷材料注入了新的活力。

目前陶瓷3D打印成型技术主要可以分为喷墨打印技术（IJP）、熔融沉淀技术（FDM）、分层实体制造技术（LOM）、激光选区烧结技术（SLS） 和立体光固化技术（SLA），如表1所示，制作的产品主要有氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、磷酸钙陶瓷等，每种技术的成型方式和原料的使用都不一样，所以各有其优缺点，应用的方向包括目前的发展状况也不尽相同。

二、陶瓷材料在建筑设计中的应用

（一）建筑设计中陶瓷材料的应用历史

陶瓷几乎被认为是中国的象征，中国从古代就被外国人称为“China”，所以可见陶瓷的地位。中国从商代烧出原始青瓷后，历经数朝代，到宋代更是达到了瓷器烧制的巅峰，元明清更是蓬勃发展。瓷器一直伴随着中国社会的发展而发展，承载了中华几千年的文化和历史。因为其独特的文化价值和审美价值，陶瓷一直以来作为一种优质材料被人们广泛作为建筑和装饰材料运用于建筑设计中。

我们熟知的琉璃便是陶瓷材料的一种，它广泛应用于我国的古建筑中，是传统建筑材料中最具代表性和最有特色的一种材料。位于山西省洪洞县广胜寺内的琉璃塔——飞虹塔，塔身布满琉璃装饰，阳光下五彩斑斓如雨后飞虹。塔平面呈现八角形，共十三层，塔项轮为铁铸，流苏为绿色琉璃，塔身用黄、绿、蓝、白、赭五彩琉璃装饰，二层以上塔身全部镶嵌有琉璃仿木构件，色彩绚丽，塑造精当，非常雅观。当代建筑应用陶瓷材料的一个代表是位于天津的一座被称为“瓷房子”的博物馆，瓷房子由其主人张连志设计，他将古瓷片、古瓷瓶、古瓷盘、多个明清时代的瓷猫枕等嵌入建筑物的每一寸墙面。在这里，墙面上随处可见青瓷、唐三彩、钧窑瓷器、龙泉窑的瓷器、青花釉里红等各个时代的精品，因此被誉为“中国古瓷博物馆”。瓷房子成功地将陶瓷与现代建筑相结合，将中国的瓷文化与近代历史建筑融合，形成不一样的风格。

（二）陶瓷材料在建筑设计中的应用优势

建筑设计中运用陶瓷材料的历史悠久，陶瓷材料以其独特的质感和形式一直作为一种令人喜爱的材料被设计师广泛地应用。传统的陶瓷主要是制作艺术品和容器，但是进入现代之后随着建筑设计和装饰业的发展，陶瓷材料在保留原有的特性下更广泛地应用于建筑设计领域。陶瓷材料在建筑设计中主要应用于建筑装饰、地面及墙面铺装、建筑玻璃制品等。常见的制品有釉面砖、陶瓷墙地砖、陶瓷锦砖等，还有一些新型的陶瓷材料包括劈离砖、玻化砖、陶瓷麻面砖、陶瓷壁画壁雕等。

陶瓷材料和金属材料以及高分子材料并称为三大固体材料，应用相当广泛，具有高强度、高硬度、防腐防潮、坚固耐用等优点的同时具有艺术审美价值。陶瓷材料与建筑设计有着天然的有机关系，建筑是环境中的建筑，陶瓷则是脱胎于自然材料，其材料本身所具备的文化内涵能够充分提升建筑设计的文化价值，营造文化氛围，应用在建筑设计中能给人们带来多种多样的视觉感受和触觉感受，能够很好地协调人和环境的关系。伴随着我国建筑设计艺术水平的提高，文化元素的引入越来越受重视。在建筑设计中应用陶瓷材料可以优化整体建筑环境、色彩、肌理、文化、功能，体现建筑的文化特色，丰富建筑的审美气息。

三、陶瓷3D打印技术在建筑设计中的发展

（一）陶瓷3D打印的发展状况

我国虽然拥有悠久的陶瓷文化，但是对陶瓷材料的技术创新相对缓慢。传统制瓷手工艺术经历了上千年的沉淀，已经发展得较为成熟，但由于传统陶瓷制作工艺与材料的限制，往往只能停留在简单的造型层面，而且成本较高、制作周期较长，在一定程度上限制了陶瓷材料在建筑设计领域更广泛地应用。3D打印技术作为近年来崛起的实体成型技术应用于陶瓷打印，使复杂的陶瓷制作成为可能，它将传统手工艺与现代技术结合，让现代陶瓷材料的制作摆脱了传统制作工序的限制，为现代陶瓷材料的成型以及设计带来启示，可以称得上是真正意义上的创新和发展。国外对陶瓷3D打印技术展开了很多的研究，出现了3DCeram（法国）、Lithoz（奥地利）以及3D打印先驱——VormVrij（荷兰）等专注陶瓷3D打印的公司。现在国内陶瓷3D打印技术整体上还不够成熟，自主创新技术的缺乏、产业的不健全等制约了国内陶瓷3D打印技术的进一步发展。但是国内许多大学和科研单位都在不断钻研，涌现出了一批专注陶瓷3D打印技术产业化的公司，例如十维科技等企业。

（二）陶瓷3D打印技术的发展前景

陶瓷3D打印技术具有多方面的技术优势，主要表现在工艺、造型和原材料的选择等方面，在建筑设计领域具有很好的发展前景。首先，在工艺方面，相比起传统制陶工艺的泥条盘叠法或者轮制法，陶瓷3D打印技术可以实现陶瓷的批量化大生产，弥补传统制陶工艺耗时费力的不足，制作陶瓷建筑材料的速度将大幅提高，同时可以将制作一些结构复杂、精度要求高的多功能陶瓷变为现实。其次，在造型方面，传统的制陶工艺受到材料、工艺等多方面的限制，所表现的图案和造型有很大局限性，3D打印陶瓷技术可以实现传统工艺很难达到的个性化造型的表现以满足不同建筑形式的需求。利用这个优势可以为陶瓷建筑材料开辟新的市场，适应时代潮流的发展，使得陶瓷材料的应用面更广。最后，在材料方面，传统的制瓷工艺运用瓷土制作的瓷器薄而脆，往往容易出现开裂变形的问题，而3D打印技术可以实现陶瓷材料的多样化选择，可以使用类似于氧化铝、氧化锆、磷酸钙等多种化学材料，实现产品的多样化，以满足建筑在不同环境和不同技术层面的需求。

四、结语

信息化时代，技术的创新带来建筑材料的创新与发展，陶瓷3D打印技术就是一个很好的例证。建筑是活的历史，对于展示地区文化具有重要作用。陶瓷材料在建筑设计中的运用历史悠久，由于本身所具有的独特文化价值和審美价值，将其运用在建筑设计中可以营造文化氛围，在一定程度上还起到文化传承的作用。3D打印技术能够实现材料的批量化生产和材料个性化定制，开拓了一种陶瓷材料在建筑设计领域应用的更加积极的可能性。

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